專利名稱：垂直的貝爾實驗室分層空時編碼陣列線性檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種碼分多址無線系統(tǒng)中陣列線性檢測方法，尤其涉及一種碼分多址無線系統(tǒng)中垂直的貝爾實驗室分層空時編碼(Vertical-Bell Laboratories Layered Space Time，以下簡稱為V-BLAST)陣列線性檢測方法。
背景技術(shù)：
V-BLAST是一種高速率數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，它在發(fā)射和接收端均使用多陣元天線，能達(dá)到遠(yuǎn)超過已有技術(shù)的傳輸速率。實驗室結(jié)果表明在平均信噪比為24～34dB時，傳輸效率可達(dá)到20～40bps/Hz(Bit PerSecond/Hertz，比特每秒每赫茲)，這是應(yīng)用已有的技術(shù)所不能達(dá)到的。
V-BLAST技術(shù)應(yīng)用多徑環(huán)境的傳播特性，將散射多徑看作并行的子數(shù)據(jù)流來增強(qiáng)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，而不是降低傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。V-BLAST技術(shù)將用戶數(shù)據(jù)流分成各個子數(shù)據(jù)流，利用陣列天線同時發(fā)送并行的子數(shù)據(jù)流，所有的子數(shù)據(jù)流以同樣的頻帶傳輸，因此頻譜效率非常高。因為用戶數(shù)據(jù)以并行的多個天線傳輸，有效傳輸速率與發(fā)射天線個數(shù)成正比。
在接收端，同樣使用陣列天線來接收發(fā)射信號及其散射信號。每個接收天線都接收到所有的子數(shù)據(jù)流。如果多徑散射足夠多，那么每個子數(shù)據(jù)流的散射都不同，并且子數(shù)據(jù)流的發(fā)射天線在空間上有所不同。這些子數(shù)據(jù)流的散射差異使子數(shù)據(jù)流能夠被識別和檢出。在線性去相關(guān)檢測子數(shù)據(jù)流的過程中，首先檢測出最強(qiáng)的子數(shù)據(jù)流，然后最強(qiáng)的子數(shù)據(jù)流作為干擾從接收信號中去除；接著在去除最強(qiáng)的子數(shù)據(jù)流的接收信號中再檢測出其中最強(qiáng)的子數(shù)據(jù)流，再作為干擾去除。這樣依次檢測出所有的“最強(qiáng)的子數(shù)據(jù)流”信號，并對檢測出來的信號還要進(jìn)行量化，即為發(fā)射方發(fā)射的子數(shù)據(jù)流。
在V-BLAST技術(shù)中，假設(shè)信道傳輸特性對于發(fā)射天線來說是未知的，對于接收天線來說是已知的，接收天線的陣元數(shù)目大于等于發(fā)射天線的陣元數(shù)目。
在V-BLAST陣列檢測接收機(jī)中，對檢測出來的信號還要進(jìn)行量化，用來得到更為準(zhǔn)確的發(fā)射信號。對于沒有經(jīng)過信道編碼的信號，量化過程采用一個硬判決過程，在相應(yīng)調(diào)制方法的星座圖上把與檢測出來的信號歐幾里德距離最近的點(diǎn)作為這個信號的量化值。對于經(jīng)過信道編碼的信號，如果采用硬判決的量化方法，量化誤差較大，影響以后的解碼精度，所以需采用軟判決的方法進(jìn)行量化。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于已有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明的目的是提供一種陣列線性檢測方法，以更加準(zhǔn)確地在接收方檢測出發(fā)射方發(fā)射的信號。
為達(dá)到以上目的，本發(fā)明提供了一種V-BLAST陣列線性檢測方法，，其中發(fā)射方發(fā)射Symbol(符號)M維列向量a→=(a1,a2,···,aM)T,]]>發(fā)射方到接收方的信道傳輸矩陣為HN*M，HN*M中hij是從發(fā)射陣元j到接收陣元i的傳輸函數(shù)，M≤N，所述方法包括a)接收Symbol N維列向量r→=(r1,r2,···,rN)T;]]>b)在存儲器中設(shè)置初始化條件i＝1，G1＝H+，k1＝argminj‖(G1)j‖2(G1)j表示G1的第j個行向量，k1＝argminj‖(G1)j‖2表示在G1的行向量中找出范數(shù)最小的一個向量，并將這個向量的行序數(shù)(1，2，3…M)賦值給k1；c)將找到的第ki個向量作為權(quán)值(w→ki=(Gi)kiT]]>)，確定線性去相關(guān)檢測的權(quán)值 并將該權(quán)值與接收Symbol列向量相乘，得到第ki個Symbol(yki=w→kiTr→i]]>)；
d)對所得到的第ki個Symbol采用軟判決方法進(jìn)行量化( )，求出接收信號 中第i個最強(qiáng)的信號 e)從接收的列向量信號中去除步驟d)中所求出的最強(qiáng)的信號 ( )，得到將 中已經(jīng)檢測出的Symbol對應(yīng)的列向量去除后的矩陣 f)求出 的偽逆，(Gi+1=Hki±]]>)；g)在Gi+1的行向量中找出范數(shù)最小的一個向量，并將這個向量的行序數(shù)(1，2，3…M)賦值給k1(ki+1=argminj∉{k1,k2,···ki}||(Gi+1)j||2]]>)h)如果i＜M，則i＝i+1，回到步驟c)；i)如果i＝M，則所求出的M個最強(qiáng)的信號( ...、 )即為所檢測出的列向量。
上述的V-BLAST陣列線性檢測方法，其中所述軟判決法為雙曲正切量化法。
上述的V-BLAST陣列線性檢測方法，其中所述發(fā)射方的發(fā)射Symbol M維列向量a→=(a1,a2,···,aM)T]]>為經(jīng)QPSK(Quadrature PhaseShift Keying四相移相鍵控)方法調(diào)制的信號。
上述的V-BLAST陣列線性檢測方法，其中所述雙曲正切量化法為 其中，yki=w→kiTr→i]]>=w→kiT(h→kiaki+Σl=i+1Mh→kiaki+v)]]>=aki+w→kiT(Σl=i+1Mh→kiaki+v)]]>Σl=i+1Mh→kiaki+v]]>是干擾和噪聲項，服從高斯分布，方差為
本發(fā)明提出的采用線性去相關(guān)檢測的V-BLAST陣列檢測接收機(jī)，采用軟判決的方法對接收信號進(jìn)行量化，其中軟判決算法采用雙曲正切非線性檢測的方法，可以更加準(zhǔn)確地在接收方檢測出發(fā)射方發(fā)射的信號，提高現(xiàn)有無線通信系統(tǒng)中解調(diào)和解碼的精度。


圖1為V-BLAST的下行鏈路的發(fā)射過程圖。
圖2為V-BLAST的下行鏈路的接收過程圖。
圖3為本發(fā)明采用軟判決的V-BLAST陣列線性檢測方法流程圖。
具體實施例方式
V-BLAST的下行鏈路的發(fā)射過程如圖1所示。需要發(fā)送的信號在步驟110進(jìn)行編碼；在步驟120，對于經(jīng)過編碼的信號進(jìn)行速率匹配；在步驟130，對于經(jīng)過速率匹配的信號進(jìn)行交織；在步驟140，對于交織后的信號進(jìn)行載波調(diào)制，調(diào)制方式可以根據(jù)具體需要而定，如可采用QPSK調(diào)制、8PSK調(diào)制(8-phase Phase Shift Keying四相移相鍵控)、16QAM(Quadrature Amplitude Modulation，即正交幅度調(diào)制)調(diào)制等；在步驟150，根據(jù)需要將調(diào)制后的信號分拆為M個信號，形成一個M維列向量，其中M代表發(fā)射天線的陣元數(shù)；在步驟160，將該M維列向量使用相同的擴(kuò)頻碼和擾碼進(jìn)行擴(kuò)頻和加擾；之后在步驟170，通過由M個天線陣元組成的天線陣將擴(kuò)頻和擾碼后的該M維列向量發(fā)射出去。其中，M維列向量的第m(1＜m＜M)個元素經(jīng)第m個天線發(fā)射出去。
V-BLAST的下行鏈路的接收過程如圖2所示。在步驟210，N個天線陣元組成的接收天線陣接收所發(fā)射的經(jīng)多徑散射而形成的N維信號；在步驟220，將各天線陣元接收的N維信號分別進(jìn)行解擴(kuò)解擾，得到一組N維列向量信號；在步驟230，應(yīng)用V-BLAST線性去相關(guān)檢測方法檢測出發(fā)射方所發(fā)射的M維列向量信號；在步驟240，將檢測出的該M維列向量信號再經(jīng)過與發(fā)射方調(diào)制方法相對應(yīng)的載波解調(diào)方式(如發(fā)射方采用QPSK方式調(diào)制經(jīng)過交織的信號，則接收方采用相應(yīng)的QPSK載波解調(diào)方式對檢測出的信號進(jìn)行解調(diào))；在步驟250，對于解調(diào)后的信號進(jìn)行反交織；在步驟260，將反交織得到的信號進(jìn)行譯碼，即可得到發(fā)射方所發(fā)射的數(shù)據(jù)信號。
在上述的接收方法中，V-BLAST線性去相關(guān)檢測方法是V-BLAST的核心內(nèi)容，它利用了多用戶檢測中迫零判決反饋的方法。即首先檢測出最強(qiáng)的信號，然后將最強(qiáng)的信號作為干擾從接收信號中去除；接著在去除最強(qiáng)的信號的接收信號中再檢測出其中最強(qiáng)的信號，再作為干擾去除；這樣依次檢測出所有的信號。則所求出的M個最強(qiáng)的信號即為所檢測出的M維列向量。以下結(jié)合圖3，將此方法詳細(xì)描述如下。
設(shè)發(fā)射方具有M個發(fā)射天線陣元，接收方具有N個接收天線陣元，該發(fā)射方到該接收方的信道傳輸矩陣為HN*M，hij是從發(fā)射陣元j到接收陣元i的傳輸函數(shù)，M≤N。假設(shè)發(fā)送方載波調(diào)制采用QPSK(Quadrature Phase Shift Keying四相移相鍵控)調(diào)制方式，發(fā)射Symbol M維列向量為a→=(a1,a2,···,aM)T,]]>接收Symbol N維列向量為r→1=Ha→+v→---(1)]]>其中， 是寬平穩(wěn)噪聲。采用線性去相關(guān)檢測，設(shè)順序設(shè)置S＝{k1，k2，…，Km}是接收Symbol N維列向量 中發(fā)射Symbol依次被檢測出的順序，權(quán)值向量 i＝1，2，…，M滿足 是H的第kj列。
采用本發(fā)明檢測順序的V-BLAST檢測算法如下初始化設(shè)置i＝1 (3.1)G1＝H+(3.2)k1＝argminj‖(G1)j‖2(3.3)進(jìn)行以下迭代過程w→ki=(Gi)kiT---(3.4)]]>yki=w→kiTr→i---(3.5)]]> Gi+1=Hki±---(3.8)]]>ki+1=argminj∉{k1,k2,···ki}||(Gi+1)j||2---(3.9)]]>if(i<M),i++---(3.10)]]>以上各式的含義解釋如下在(3.2)中，H+表示發(fā)射方到該接收方的信道傳輸矩陣H的偽逆。在(3.3)中，(G1)j表示G1的第j個行向量。式(3.3)表示在G1的行向量中找出范數(shù)最小的一個向量，并將這個向量的行序數(shù)(1，2，3…M)賦值給k1。(3.4)表示將找到的第ki個向量作為權(quán)值。(3.5)表示將權(quán)值與接收Symbol列向量相乘，得到第ki個Symbol (3.6)表示將得到的第ki個Symbol 進(jìn)行量化操作。(3.7)表示從接收信號中去除檢測出的最強(qiáng)的信號。(3.8)中， 表示將 中已經(jīng)檢測出的Symbol對應(yīng)的列向量去除后得到的矩陣。(3.9)意義與(3.3)類似，表示在Gi+1的行向量中找出范數(shù)最小的一個向量，并將這個向量的行序數(shù)(1，2，3…M)賦值給Ki+1。(3.10)表示(3.4)到(3.10)的迭代一直進(jìn)行，直到將所有M個Symbol檢測出來為止。
在(3.5)中，yki=w→kiTr→i]]>=w→kiT(h→kiaki+Σl=i+1Mh→kiaki+v)---(3.11)]]>=aki+w→kiT(Σl=i+1Mh→kiaki+v)]]>Σl=i+1Mh→kiaki+v]]>是干擾和噪聲項，服從高斯分布，設(shè)方差為 那么第ki個Symbol的信噪比為SNR=|aki|2σki2||w→ki||2---(3.12)]]>
從(3.12)看出，(3.3)在G1的行向量中找出范數(shù)最小的一個向量作為權(quán)值，這意味著(3.5)式將檢測出 中最強(qiáng)的Symbol。
(3.6)表示采用軟判決方法進(jìn)行量化的過程。對于沒有經(jīng)過信道編碼的信號，量化過程是一個硬判決過程，在相應(yīng)調(diào)制方法的星座圖上把與檢測出來的信號歐幾里德距離最近的點(diǎn)作為這個信號的量化值。對于經(jīng)過信道編碼的數(shù)據(jù)，如果采用硬判決的量化方法，量化誤差較大，影響以后的解碼精度，所以采用軟判決的方法進(jìn)行量化。本發(fā)明針對采用線性去相關(guān)檢測的V-BLAST陣列檢測接收機(jī)，提出了一種軟判決算法進(jìn)行量化，即采用雙曲正切非線性檢測的方法進(jìn)行量化。例如，對于發(fā)射方載波調(diào)制采用QPSK調(diào)制，軟判決算法可以表示為 其中，tanh()表示雙曲正切函數(shù)，real()表示取復(fù)數(shù)的實部，imag()表示取復(fù)數(shù)的虛部這種軟判決算法在最小均方誤差意義上是最優(yōu)的，它的優(yōu)點(diǎn)在于當(dāng)信噪比比較大的時候，tanh(2real(yki)σki2)]]>和tanh(2imag(yki)σki2)]]>接近±1， 趨向準(zhǔn)確的值；當(dāng)信噪比比較小的時候，信號湮沒在干擾和噪聲中，如果用硬判的方法，干擾和噪聲對判決起決定性作用，判決出錯的概率很大，而這時經(jīng)過tanh(2real(yki)σki2)]]>和tanh(2imag(yki)σki2)]]>的變換，可以減小出錯的概率。使用軟判決算法，可以更加準(zhǔn)確地在接收方檢測出發(fā)射方發(fā)射的信號，從而提高以后解調(diào)和解碼的精度。采用軟判決算法和線性去相關(guān)檢測的V-BLAST陣列檢測接收方法的流程圖如圖3所示。
接收方接收到接收Symbol N維列向量r→=(r1,r2,···,rN)T,]]>對各個列向量分別進(jìn)行解擾、解擴(kuò)之后，開始進(jìn)行N維列向量信號的V-BLAST線性檢測過程。首先，在步驟S10設(shè)置初始化條件i＝1，G1＝H+，k1＝argminj‖(G1)j‖2其中(G1)j表示G1的第j個行向量，k1＝argminj‖(G1)j‖2表示在G1的行向量中找出范數(shù)最小的一個向量，并將這個向量的行序數(shù)(1，2，3…M)賦值給k1。在步驟S20，將找到的第ki個向量作為權(quán)值(w→ki=(Gi)kiT]]>)，確定線性去相關(guān)檢測的權(quán)值 在步驟S30，并將該權(quán)值與接收Symbol列向量相乘，得到接收信號中第ki個Symbol(yki=w→kiTr→i]]>)。在步驟S40，對所得到的第ki個Symbol采用軟判決方法進(jìn)行量化( ))，求出接收信號 中第i個最強(qiáng)的信號 在步驟S50，從接收的列向量信號中去除步驟d)中所求出的最強(qiáng)的信號 ( )，得到將 中已經(jīng)檢測出的Symbol對應(yīng)的列向量去除后的矩陣 求出 的偽逆，(Gi+1=Hki±]]>)；在Gi+1的行向量中找出范數(shù)最小的一個向量(ki+1=argminj∉{k1,k2,···ki}||(Gi+1)j||2]]>)。在步驟S60，判斷i是否大于M，如果i＜M，則設(shè)置i＝i+1，重復(fù)步驟S20到步驟S60；如果i＝M，則所求出的M個最強(qiáng)的信號( ...、 )即為所檢測出的列向量。
本發(fā)明保護(hù)范圍闡明于所附權(quán)利要求書中。但是，凡是在本發(fā)明的宗旨之內(nèi)的顯而易見的修改亦應(yīng)歸于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種V-BLAST陣列線性去相關(guān)檢測方法，，其中發(fā)射方發(fā)射Symbol(符號)M維列向量a→=(a1,a2,···,aM)T,]]>發(fā)射方到接收方的信道傳輸矩陣為HN*M，HN*M中hij是從發(fā)射陣元j到接收陣元i的傳輸函數(shù)，M≤N，其特征在于所述方法包括a)接收Symbol N維列向量r→=(r1,r2,···,rN)T;]]>b)在存儲器中設(shè)置初始化條件i＝1，G1＝H+，k1＝argminj‖(G1)j‖2其中(G1)j表示G1的第j個行向量，k1＝argminj‖(G1)j‖2表示在G1的行向量中找出范數(shù)最小的一個向量，并將這個向量的行序數(shù)賦值給k1；c)將找到的第ki個向量作為權(quán)值，w→ki=(Gi)kiT,]]>確定線性去相關(guān)檢測的權(quán)值 并將該權(quán)值與所接收Symbol列向量相乘，得到第ki個Symbol，yki=w→kiTr→i;]]>d)對所得到的第ki個Symbol列向量采用軟判決方法進(jìn)行量化 即求出接收信號 中第i個最強(qiáng)的信號 是 的估計值；e)從接收的列向量信號中去除步驟d)中所求出的最強(qiáng)的信號 得到將 中已經(jīng)檢測出的Symbol對應(yīng)的列向量去除后的矩陣 f)求出 的偽逆，Gi+i=Hki±;]]>g)在Gi+1的行向量中找出范數(shù)最小的一個向量ki+1=argminj∉{k1,k2,···ki}||(Gi+1)j||2]]>h)如果i＜M，則i＝i+1，回到步驟c)；i)如果i＝M，則所求出的M個最強(qiáng)的信號 ... 即為所檢測出的列向量。
2.如權(quán)利要求1所述的V-BLAST陣列線性檢測方法，其特征在于5所述軟判決法為雙曲正切量化法。
3.如權(quán)利要求1所述的V-BLAST陣列線性檢測方法，其特征在于所述發(fā)射方的發(fā)射Symbol M維列向量a→=(a1,a2,···,aM)T]]>為經(jīng)QPSK方法調(diào)制的信號。
4.如權(quán)利要求3所述的V-BLAST陣列線性檢測方法，其特征在于所述軟判決法為雙曲正切量化法。
5.如權(quán)利要求4所述的V-BLAST陣列線性檢測方法，其特征在于所述雙曲正切量化法為 其中，yki=w→kiTr→i]]>=w→kiT(h→kiaki+Σl=i+1Mh→kiaki+v)]]>=aki+w→kiT(Σl=i+1Mh→kiaki+v)]]>Σl=i+1Mh→kiaki+v]]>是干擾和噪聲項，服從高斯分布，方差為 v是寬平穩(wěn)噪聲；real()表示取復(fù)數(shù)的實部，imag()表示取復(fù)數(shù)的虛部。
全文摘要
一種V－BLAST陣列線性檢測方法，包括接收N維列向量之后在存儲器中設(shè)置初始化條件；確定線性去相關(guān)檢測的權(quán)值，并將該權(quán)值與接收列向量相乘；對所得到結(jié)果采用軟判決方法進(jìn)行量化，求出接收信號中最強(qiáng)的信號；從接收的列向量信號中去除所求出的最強(qiáng)的信號，接著在去除最強(qiáng)的子數(shù)據(jù)流的接收信號中再檢測出其中最強(qiáng)的子數(shù)據(jù)流，再作為干擾去除。這樣依次檢測出所有的“最強(qiáng)的子數(shù)據(jù)流”信號，并對檢測出來的信號進(jìn)行量化，得到發(fā)射方發(fā)射的子數(shù)據(jù)流，即為所檢測出的列向量。采用軟判決的方法對接收信號進(jìn)行量化，其中軟判決算法采用雙曲正切非線性檢測的方法，可以更加準(zhǔn)確地在接收方檢測出發(fā)射方發(fā)射的信號，提高現(xiàn)有無線通信系統(tǒng)中解調(diào)和解碼的精度。
文檔編號H04L1/00GK1411190SQ0113564
公開日2003年4月16日 申請日期2001年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月9日
發(fā)明者張泉嶺 申請人:華為技術(shù)有限公司